DE102022119344A1 - Method for monitoring wear on chain drives - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschleißüberwachung an Kettenlaufwerken bei mobilen Maschinen, bei denen die Kette über ein Kettenrad von einem Hydraulikmotor über ein mechanisches Getriebe angetrieben wird.Dabei wird das Spiel zwischen den Zähnen der Kette und den Zähnen des Antriebturas ermittelt wird, wozu der Weg der Zähne während der Anfahrbewegung durch eine Drehwinkelmessung am Antrieb bestimmt wird.The invention relates to a method for monitoring wear on chain drives in mobile machines, in which the chain is driven via a sprocket by a hydraulic motor via a mechanical transmission. The play between the teeth of the chain and the teeth of the drive wheel is determined, including the path of the teeth during the starting movement is determined by measuring the angle of rotation on the drive.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschleißüberwachung an Kettenlaufwerken bei mobilen Maschinen, bei denen die Kette über ein Kettenrad von einem oder mehreren Fahrantriebsmotoren angetrieben wird.The invention relates to a method for monitoring wear on chain drives in mobile machines, in which the chain is driven by one or more traction drive motors via a chain wheel.
Fahrzeuge mit Kettenantrieb oder Raupenantrieb sind mit vielen Anwendungen bekannt, beispielsweise im Mining Einsatz oder in der Landwirtschaft.Vehicles with chain or caterpillar drive are known for many applications, for example in mining or in agriculture.
Bei diesen Antrieben wird die Kette von mindestens einem Antriebsrad, im Folgenden als Antriebsturas bezeichnet, angetrieben. Die Zähne auf dem Kettenrad kommen dabei mit den Zähnen an den Kettengliedern in Eingriff und übertragen so formschlüssig das Antriebsmoment. Das oder die Antriebturasse werden von wenigstens einem Fahrantriebsmotoren in der Regel unter Zwischenschaltung eines Getriebes zur Drehzahlabstufung angetrieben.In these drives, the chain is driven by at least one drive wheel, hereinafter referred to as drive wheel. The teeth on the sprocket engage with the teeth on the chain links and thus transmit the drive torque in a positive manner. The one or more drive trains are driven by at least one traction drive motor, usually with the interposition of a gearbox for speed gradation.
Das Laufwerk sind einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt, so dass es notwendig ist, in bestimmten Zeitintervallen die Kette, einzelne Kettenglieder, Verbindungselemente, Antriebsturas oder Lauf- und Umlenkrollen auszutauschen, was einen erheblichen Arbeitsaufwand darstellt und zwangsläufig mit Betriebsunterbrechungen verbunden ist.The drive is exposed to considerable wear, so that it is necessary to replace the chain, individual chain links, connecting elements, drive wheels or running and deflection rollers at certain time intervals, which represents a significant amount of work and is inevitably associated with operational interruptions.
Um den Austauschzeitpunkt möglichst optimal zu setzen, erfolgt eine Überwachung des Verschleißes an den Ketten bzw. Kettenräder. Hierzu gibt es neben der manuellen Vermessung, die zum aktuellen Zeitpunkt Stand der Technik ist, Ansätze einer automatischen Verschleißbestimmung.In order to set the replacement time as optimally as possible, wear on the chains or sprockets is monitored. In addition to manual measurement, which is currently the state of the art, there are approaches to automatic wear determination.
Bei
Einen anderen Ansatz verfolgt
At
Took a different approach
Nachteil dieser Lösung ist, dass lediglich der Verschleiß an zu einem bestimmten Zeitpunkt optisch sichtbaren Flächen überprüft werden kann (zum Beispiel nicht bei Rotationsgleitlagerstellen), dass dieser manuell optisch geprüft werden muss und dass sich die Bestimmung nur auf den Zustand einer Komponente und nicht auf maßändernde Verschleißeffekte zwischen mehreren Komponenten anzuwenden ist.The disadvantage of this solution is that only the wear on surfaces that are visually visible at a certain point in time can be checked (e.g. not in the case of rotary plain bearings), that this has to be checked visually manually and that the determination only relates to the condition of a component and not to changes in dimensions Wear effects must be applied between several components.
Zur Erzielung einer gewissen Lebensdauer wird die Verzahnung zwischen Kette und Antriebsturas mit einem sogenannten Vorlaufenden Verschleiß gefertigt. Mit zunehmenden Verschleiß über die Betriebsdauer reduziert sich dieser Vorlauf, bis dieser schlussendlich in einen nachlaufenden Verschleiß übergeht. Ein Nachlaufender Verschleiß führt aufgrund des Abgleitens während des Eingriffs eines Zahns des Antriebsturas in die Kettenverzahnung zu einem progressiven Verschleiß. Somit, ist die Restlebensdauer des Laufwerks mit Einsetzen des nachlaufenden Verschleißes sehr gering.
Der verbleibende Vorlauf des Verschleißes kann bei geeigneter Positionierung von Antriebsturas und Kette für die beiden Fahrtrichtungen Vorwärts und Rückwärts manuell gemessen werden und dient als Indikator für die Restlebensdauer. Dieser Wert wird für die Vorwärtsfahrt im folgenden X1 - Maß und für die Rückwärtsfahrt X2-Maß genannt. Problematisch bei dieser Messung ist zum ersten die Gefährdung durch die Messung an dem belasteten Fahrwerk, die teilweise erhebliche Schmutzanlagerung und die nötige feinfühlige Positionierung zwischen Rad und Kette. Trotz der SchwierigkeitenIn order to achieve a certain service life, the teeth between the chain and the drive turret are manufactured with what is known as leading wear. As wear increases over the operating period, this lead time reduces until it ultimately turns into subsequent wear. Trailing wear leads to progressive wear due to slipping during the engagement of a tooth of the drive turret in the chain teeth. As a result, the remaining service life of the drive is very short once wear and tear sets in.
The remaining advance of wear can be measured manually for the two directions of travel forward and reverse if the drive wheels and chain are positioned appropriately and serves as an indicator of the remaining service life. This value is called the X1 dimension for forward travel and the X2 dimension for reverse travel. The problem with this measurement is, firstly, the danger posed by the measurement on the loaded chassis, the sometimes considerable accumulation of dirt and the necessary sensitive positioning between wheel and chain. Despite the difficulties
Aufgrund der Reduktion des X1- und X2-Maßes während der Betriebsdauer steigt mit dieser die mechanische Hysterese zwischen Rad- und Kettenverzahnung. Diese korreliert somit mit der Restlebensdauer des Kontakts zwischen Kette und Rad.Due to the reduction in the X1 and X2 dimensions during the operating period, the mechanical hysteresis between the wheel and chain teeth increases. This therefore correlates with the remaining service life of the contact between chain and wheel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde aufwendige, händische Wartungsuntersuchungen zu automatisieren und somit Kunden zu entlasten. Durch das kontinuierliche Monitoring sind weiter bessere Restnutzungsdauerprognosen möglich, welche einen anstehenden Austausch besser planbar machen. Ein weiterer Hauptzweck der Erfindung besteht in der Steigerung der Sicherheit. Während der manuellen Vermessung durch Wartungs- oder Servicepersonal Messungen ist die Fahrwerkskette mechanisch belastet. Bei diesen Arbeiten in unmittelbarer Umgebung dieser Gefahrenquelle mit einer hohen gespeicherten mechanischen Energiemenge ist ein erhebliches Sicherheitsrisiko aufgrund potentiell abplatzender Materialsplitter gegeben.The invention is based on the object of automating complex, manual maintenance checks and thus relieving the burden on customers. Continuous monitoring makes it possible to make better remaining useful life forecasts, which make upcoming replacements easier to plan. Another main purpose of the invention is to increase security. During manual measurement by maintenance or service personnel, the chassis chain is subjected to mechanical stress. When working in the immediate vicinity of this source of danger with a high amount of stored mechanical energy, there is a significant safety risk due to potentially flaking material splinters.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Verschleißüberwachung an Kettenlaufwerken bei mobilen Maschinen, bei denen die Laufwerksketten über mindestens ein Kettenrad von einem Antriebsmotor direkt oder indirekt über ein Getriebe angetrieben wird,
das dadurch gekennzeichnet ist,
dass das radiale Spiel zwischen den Zähnen der Kette und den Zähnen des Antriebsturas ermittelt wird, wozu der Weg der Zähne während der Anfahrbewegung durch eine Drehwinkelmessung am Antrieb bestimmt wird, wobei der Drehwinkel sich ergibt zwischen dem Beginn der Relativbewegung der Zähne gegenüber den Zähnen an der Kette und das Ende des Drehwinkels durch die Berührung der Zähne des Antriebsturas und der Zähne an der Kette dadurch bestimmt wird, dass das Drehmoment am Hydraulikanrieb stark ansteigt und/oder die Drehzahl stark abfällt und
dass durch wiederholte Bestimmung des Spiels aus einer Vergrößerung des Spiels auf einen Verschleiß am Antriebsturas und an der Kette geschlossen wirdThis object is achieved according to the invention with a method for monitoring wear on chain drives in mobile machines, in which the drive chains are driven by a drive motor directly or indirectly via a gearbox via at least one chain wheel,
which is characterized by
that the radial play between the teeth of the chain and the teeth of the drive wheel is determined, for which the path of the teeth during the starting movement is determined by measuring the angle of rotation on the drive, the angle of rotation being between the start of the relative movement of the teeth with respect to the teeth on the Chain and the end of the rotation angle is determined by the contact of the teeth of the drive tura and the teeth on the chain in that the torque on the hydraulic drive increases sharply and / or the speed drops sharply and
that by repeatedly determining the play, an increase in the play indicates wear on the drive wheel and chain
Beim Anfahren des Laufwerks kommt es durch die Relativbewegung nach Überwindung der Haftreibung in den Kontakten zu einer Relativbewegung zwischen Antriebsturas und Kette bis das anfängliche mechanische Spiel überwunden ist und es zu einem Drehmomentanstieg durch den einsetzenden Formschluss von mindestens einem Zahnkontakt kommt.
Die Größe des anfänglich vorhandenen Spiels hängt dabei von der zuvor getätigten Fahrbewegung aus, kann aber einen Maximalwert definiert durch die verschleißbeeinflussten Geometrie von Antriebsturas und Kette nicht überschreiten.When the drive is started up, the relative movement after overcoming the static friction in the contacts leads to a relative movement between the drive wheel and the chain until the initial mechanical play is overcome and there is an increase in torque due to the positive locking of at least one tooth contact.
The size of the initially existing play depends on the previously made driving movement, but cannot exceed a maximum value defined by the wear-influenced geometry of the drive wheels and chain.
Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Anstieg des Drehmomentes bei Auftreffen des Zahnes des Antriebsturas auf den Zahn des Kettengliedes als eine Systemgröße ermittelt werden.Thus, in the method according to the invention, the increase in torque when the tooth of the drive turret hits the tooth of the chain link can be determined as a system variable.
Die zweite Systemgröße ergibt sich aus dem Weg, der bei der Veränderung des X1/X2-Maßes auftritt.The second system quantity results from the path that occurs when the X1/X2 dimension changes.
Da aus den erwähnten Gründen eine optische Erkennung von Außen kaum möglich ist, wird die Bewegung beim Antrieb, z.B. dem mechanischen Getriebe oder Fahrantriebsmotor ermittelt. Erfasst wird dabei der Drehwinkel an einem der mechanische Getriebeteile oder dem Motor.Since optical detection from the outside is hardly possible for the reasons mentioned, the movement in the drive, e.g. the mechanical transmission or traction drive motor, is determined. The angle of rotation on one of the mechanical transmission parts or the motor is recorded.
Im Wesentlichen wird das festgestellte Phänomen des Durchrutschens der Kette bei Spiel zwischen den Zähnen der Kette und den Zähnen des Antriebsturas ausgenutzt. Dieses Durchrutschen ist über eine hochauflösende Drehwinkelmessung am Antrieb festzustellen und wird mit dem Abgleich des gemessenen Antriebsdrehmoments plausibilisiert. Sobald die Zähne wieder greifen steigt das Drehmoment stark an und die Drehzahl sinkt kurzfristig. Aus den Signalen eines Drehwinkelsensors im Antrieb und Sensoren zur Lasterfassung (zum Beispiel Druck bei der Verwendung hydraulischer Motoren) kann der Drehwinkel bestimmt werden, auf dem Durchrutschen stattfindet. Mit Hilfe der geometrischen Zusammenhänge des Antriebs kann das Kettenspiel quantifiziert werden. Dafür wird die Antriebsdrehzahl auf das Bogenmaß des Zahnkreises umgerechnet, um das aktuelle Spiel zu bestimmen.Essentially, the identified phenomenon of chain slipping when there is play between the teeth of the chain and the teeth of the drive turret is exploited. This slipping can be determined using a high-resolution rotation angle measurement on the drive and is checked for plausibility by comparing the measured drive torque. As soon as the teeth engage again, the torque increases sharply and the speed drops briefly. The angle of rotation at which slipping occurs can be determined from the signals from a rotation angle sensor in the drive and sensors for detecting the load (for example pressure when using hydraulic motors). The chain play can be quantified using the geometric relationships of the drive. To do this, the drive speed is converted to the radian dimension of the tooth circle in order to determine the current backlash.
Wie eingangs erwähnt gibt das X1/X2-Maß den vorlaufenden oder nachlaufenden Verschleiß bei der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt zwischen den Zähnen der Kette und denen des Antriebsturas wieder und ist eine der relevanten Indikatoren für die Restlebensdauer der Kette und des Antriebsturas. Das mit dem beschriebenen Verfahren bestimmte Spiel zwischen Kette und Antriebsturas korreliert mit dem X1/X2-Maß, sodass aus dem gemessenen Spiel auf das tatsächlich vorhandene X1/X2-Maß geschlossen werden kann.As mentioned at the beginning, the The play between the chain and drive turrets determined using the method described correlates with the X1/X2 dimension, so that the actual X1/X2 dimension can be deduced from the measured play.
Bei entsprechender Gestaltung des Systems kann über die Zeit ein Verlauf des zunehmenden Verschleißes dokumentiert und dem Fahrer dargestellt werden. Ab einem gewissen Verschleißfortschritt oder ab einer gewissen Änderungsrate soll eine entsprechende Warnung und Wartungserinnerung erfolgen.If the system is designed accordingly, a progression of increasing wear can be documented over time and presented to the driver. Once a certain amount of wear has progressed or a certain rate of change has occurred, a corresponding warning and maintenance reminder should be issued.
In einem ersten Schritt wird der Monitoring-Prozess durch den Fahrer bewusst ausgelöst. Eine automatische Bestimmung im regulären Betrieb ist aber ebenfalls denkbar und eine Ausbaustufe des Verfahrens.In a first step, the monitoring process is consciously triggered by the driver. An automatic determination in regular operation is also conceivable and is an expansion of the process.
Damit das System automatisch ohne explizite Fahrereingabe ein Monitoring durchführt, können die Anfahrvorgänge in beide Richtungen während des regulären Betriebs ausgewertet werden. So würde im normalen Betrieb bei jeder Betätigung des Laufwerks eine Überprüfung des Verschieißzustandes erfolgen. Da allerdings für den Durchrutschweg die vorherige Betätigung und somit aktuelle Positionierung zwischen Turas und Kette maßgeblich ist, muss für eine solche Überwachung eine Auswertlogik auf dem Controller implementiert wird, die die Ergebnisse entsprechend bearbeitet und Störeinflüsse zum Beispiel durch Mitnahme der Kette ausschließlich durch Haftreibung kompensiert.To ensure that the system carries out monitoring automatically without explicit driver input, the starting processes in both directions can be evaluated during regular operation. In normal operation, the wear status would be checked every time the drive was operated. However, since the previous actuation and thus the current positioning between the turret and the chain is decisive for the slipping distance, an evaluation logic must be implemented on the controller for such monitoring, which processes the results accordingly and compensates for disruptive influences, for example due to the chain being carried along, exclusively through static friction.
Eine denkbar einfache Logik wäre die Berücksichtigung des größten im Betrieb gemessenen Durchrutschens als Maßstab für den Laufwerkszustand unter Kompensation eventuell vorhandener Störgrößen.A very simple logic would be to take into account the largest slippage measured during operation as a benchmark for the drive condition while compensating for any disturbances that may be present.
Der Aufwand des Betreibers wird reduziert. Bei unzureichender Inspektion sind größere Folgeschäden vorzubeugen. Hiermit werden Kosten reduziert und Ressourcen geschont.The operator's effort is reduced. If the inspection is inadequate, major consequential damage can be prevented. This reduces costs and conserves resources.
Die Sicherheit zur Bestimmung des Laufwerkszustandes wird erhöht, da keine Messungen an der gespannten Kette mehr nötig sind.The reliability of determining the drive condition is increased because measurements on the tensioned chain are no longer necessary.
Durch den Verschleißverlauf über der Zeit kann auch gezielt zu einem Zeitpunkt lediglich das in der Anschaffung günstigere Antriebsturas in leicht vergrößerter Ausführung eingebaut werden. Durch diese Maßnahme kann die Laufwerkskette länger Betrieben werden, da mit dem geometrisch abweichenden Antriebsturas wieder ein Vorauseilender Verschleiß erreicht wird.Due to the wear and tear over time, only the slightly larger version of the drive wheel, which is cheaper to purchase, can be installed at any given time. This measure allows the drive chain to be operated for a longer period of time, as the geometrically deviating drive wheel causes rapid wear.
Zusätzlich stellt das System lediglich geringe Anforderungen an die Sensorik, Es können handelsübliche Sensoren verbaut werden (Druck (Hydraulikmotor), Drehwinkel). Durch die Positionierung oder Integration des Drehwinkelsensors in den Fahrmotor oder in das Fahrgetriebe kann eine sehr hohe Auflösung auch mit Standardsensoren aufgrund der Untersetzung erreicht werden. Weiter erlaubt diese Lösung eine Installation der Sensorik In ausreichender Entfernung von den bewegten Laufwerksteilen was in Bezug auf Bauraum und mechanischen Schutz der Sensoren vorteilhaft ist.In addition, the system only places low demands on the sensors. Commercially available sensors can be installed (pressure (hydraulic motor), angle of rotation). By positioning or integrating the rotation angle sensor in the traction motor or in the transmission, a very high resolution can be achieved even with standard sensors due to the reduction. This solution also allows the sensors to be installed at a sufficient distance from the moving drive parts, which is advantageous in terms of installation space and mechanical protection of the sensors.
Die Sensoren können alle an, in Bezug auf den Maschinenrahmen, feststehenden Teilen fixiert werden, somit kann die Signalrückmeldung einfach Kabelgebunden erfolgen. Eine störanfällige Drahtlosübermittlung oder Schleifkontakte der Signale sind nicht nötig.The sensors can all be fixed to fixed parts in relation to the machine frame, so the signal feedback can easily be done via cable. Interference-prone wireless transmission or sliding contacts of the signals are not necessary.
Die Integration der Sensoren erfolgt nicht in die Austauschteile selber, sodass diese kostengünstiger gehalten werden können, deren mechanische Festigkeit nicht beeinträchtigt wird und ein zeitaufwendiges Abstimmen des Systems nach Austausch der Verschleißteile entfällt.The sensors are not integrated into the replacement parts themselves, so that they can be maintained more cost-effectively, their mechanical strength is not affected and there is no need for time-consuming adjustment of the system after replacing the wearing parts.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB -, DE |